5G新电台的节能特点以及如何让运营商建设更密集的网络

5G 2021-09-11 10:15:00
导读 大家好,我是本栏目的编辑郝帅,现在就给大家讲解一下上面的问题。从历史上看,密集的网络意味着更高的能耗,这可能会增加运营商的很大一部

音频解说

大家好,我是本栏目的编辑郝帅,现在就给大家讲解一下上面的问题。从历史上看,密集的网络意味着更高的能耗,这可能会增加运营商的很大一部分支出。反过来,这会限制网络中基站的数量。

新的5G无线电(NR)旨在实现更密集的网络部署并提高能效,从而降低运营成本和环境影响。在我们探索新的技术特性之前,让我们仔细看看现有的4G LTE无线网络是如何工作的。

数据流量的持续指数级增长(图1)扩展了移动网络。这种扩展导致无线电网络中的能量消耗成为运营商的电力使用和运营费用的重要贡献者。近年来,我们与网络运营商Telia联合发布了一份联合报告,对ICT网络运营商的运营碳排放进行了调查。我们发现,2015年,ICT网络消耗了全球电网总供应量的1.15%,占全球能源碳排放的0.53%。随着新设备和用例增加网络容量,确保低5G能耗对于最大限度地降低运营商成本并确保他们仍然能够实现节能目标至关重要。NR怎么回答?

今天我们看到移动网络的能耗主要部分来自于无线基站,并且消耗稳定。我们还可以看到,即使在密集部署的网络中,如城市中心,网络流量负载在白天波动较大,基站内几乎没有显著的流量周期(ITU-R报告中的内容较多)。当我们进一步检查流量模式时,我们发现即使在高负载期间,数据传输也存在许多不足(图2)。这就提出了一个显而易见的问题:如果基站花费大量时间不传输用户数据,为什么还在消耗能量?

为了理解这一点,我们需要仔细研究基站的功耗特性(图3)。该模型表明,即使当没有输出功率时,即当基站处于空闲状态时,基站中也存在显著的能量消耗。原因是大多数硬件组件保持活动状态,因此它们可以传输4G标准中定义的强制空闲模式信号,如同步信号、参考信号和系统信息。那么,我们如何利用这些知识打造5G NR节能功能呢?

NR标准的设计基于无线网络中典型流量活动的知识和支持无线网络设备中睡眠状态的需要。通过在没有流量时将基站置于休眠状态(即关闭硬件组件),它将消耗更少的能量。我们关闭的组件越多,节省的能量就越多(如图3中的y轴所示)。

在先前的网络技术中,例如长期演进,常开信号,例如小区特定参考信号(CRS),被频繁传输。这些对于确保小区覆盖和与用户的良好连接是必要的。结果,基站睡眠的持续时间非常短(小于1毫秒),直到下一次所需的信号传输发生,因此当只有几个重新激活时间非常快的组件可以关闭时,基站处于空闲模式,这限制了LTE可能的节能。

另一方面,NR需要少得多的始终在线信令传输的传输。相反,当很少或没有正在进行的数据传输时,这反过来允许越来越长的睡眠时间,这对整体网络能耗有显著影响(图4)。

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